[发明专利]一种空气填充金属平面阵列天线

说明书

本发明提供了一种空气填充金属平面阵列天线，属于阵列天线技术领域。包括空气功分网络，空气功分网络中相互连接的两个传输节片构成T型连接结构，电磁能量在每个T型连接结构完成能量等量分配；最后一级传输节片的两端分别设有第一空气垂直波导，第一空气垂直波导的上表面连接空气腔体，空气腔体上呈中心对称布置有四个第二空气垂直波导；四个辐射单元单体呈中心对称分布于第二空气垂直波导的长边的两侧。本发明结构紧凑，集成度高，空间体积小，易于加工；实现了具有宽频带辐射特性的辐射单元，且辐射单元与馈电网络间能够良好匹配，电磁能量能够在多层金属空腔内高效传输及有效分配，保证了天线具有宽频带、高增益及稳定的辐射特性。

技术领域

本发明涉及阵列天线技术领域，具体涉及一种具有宽频带和稳定辐射特性的空气填充金属平面阵列天线。

背景技术

随着电子科学与无线通信技术的发展，为满足移动通信系统高容量、高速率、低延时的需求，现代通信天线则需向宽频带、高增益、小型化方向发展。阵列天线具有良好的波束成形能力，易于实现高定向性、高增益、可赋形波束，是一种实现宽频带、高增益特性的重要技术手段。阵列天线通常由馈电网络和辐射单元组成。馈电网络作为阵列天线实现电磁能量有效分配的重要组成部分，其插入损耗将直接限制天线的增益。在毫米波频段，相较于微带线馈电网络，波导结构类型具有更低的传输损耗和更高的功率容量。基片集成波导具有低剖面、易加工、易于与辐射单元集成等优势，广泛地应用于毫米波阵列天线的研究。然而对于16×16单元以上的大规模阵列天线，相较于空气波导馈电网络，介质波导中的介质损耗仍会限制天线增益的提高。与以上类型的传输线相比，空气波导具有更低的损耗。另一方面，相较于串联馈电网络，并联馈电具有宽带特性的固有优势，近年来空气波导并联馈电网络已广泛用于微波毫米波器件和系统的研究设计中。目前已有的各类空气波导并联馈电网络多基于T型结构级联设计，通常采用一组或多组膜片实现匹配，由于电磁能量在不同枝节形成多次反射，难以实现较宽的工作频带，因而需要设计一种新型宽带电磁能量分配结构。

具有宽频带辐射特性的辐射单元，且馈电网络与辐射单元间良好匹配，是保证天线具有良好的带宽和高增益辐射特性的关键。因而需要提供一种可实现宽带电磁能量辐射结构，以实现宽频带、高增益的平面阵列天线设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现电磁能量在馈电网络内高效传输与有效分配并具有宽频带和稳定辐射特性的空气填充金属平面阵列天线，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供的一种空气填充金属平面阵列天线，包括设于金属基体内部的馈电网络以及设于所述金属基体的上部的辐射单元；

所述馈电网络包括空气功分网络、第一空气垂直波导、空气腔体以及第二空气垂直波导；

所述空气功分网络包括多个传输节片，相互连接的两个传输节片相互垂直构成T型连接结构，所述空气功分网络包括多级T型连接结构逐次级联构成，在所述T型连接结构中，按照电磁能量的传播方向将两个传输节片分别命名为输入节片和输出节片，电磁能量在每个T型连接结构完成能量等量分配；其中，

最后一级的T型连接结构中的输出节片上表面的两端分别设有一个所述第一空气垂直波导，每一个所述第一空气垂直波导的上表面连接一个所述空气腔体，每一个所述空气腔体的上表面呈中心对称布置有四个所述第二空气垂直波导；

所述辐射单元包括多个辐射单元单体，四个辐射单元单体呈中心对称分布于一个所述第二空气垂直波导的长边的两侧。

优选的，所述空气功分网络包括一个一级传输节片的一端为标准波导口，所述一级传输节片的另一端连接一个二级传输节片；

所述二级传输节片的两端分别连接有一个三级传输节片，所述三级传输节片的两端分别连接有一个四级传输节片，所述四级传输节片的两端分别连接有一个五级传输节片；